多通道双基SAR无线相位预失真方法、装置及电子设备

多通道双基sar无线相位预失真方法、装置及电子设备
技术领域
1.本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种多通道双基sar无线相位预失真方法、装置及电子设备。


背景技术：

2.合成孔径雷达（synthetic aperture radar, sar）是一种主动式微波成像雷达，它可以安装在飞机、卫星、导弹等飞行平台上。sar在灾害监测、资源勘探、海洋监测、环境监测、测绘等方面的应用上具有独特的优势。
3.与单基地雷达相比，双基sar系统是一种新的重要的雷达系统，该系统将雷达搭载在编队飞行的两颗卫星上，构成双基地雷达系统，共同完成大测绘带高分辨率成像、地面高程测量、洋流测速和地面动目标监测等任务；双星编队通过主星发射信号，主星和辅星同时接收信号实现。但是，由于主、辅星使用一发双收工作模式，这样，一方面，在方位向会存在由于晶振频率误差引入的相位误差并随时间积累；另一方面，由于发射、接收相位噪声不相关，不能如单站情况下抵消低频相噪分量，双基sar系统产生的回波信号相位误差会影响成像聚焦和干涉相位精度。
4.目前双基sar系统的预失真方法有以下两种方法：一种是通过系统无线预失真方法对双星分别测试得到各自雷达系统多通道收发通路的相位误差曲线，再各自对其本星收发通路进行相位误差预失真补偿，另一种是通过双基sar系统有线预失真方法对双星进行系统相位误差预失真补偿。前一种方法的局限性在于只能检测各自系统收发通路的相位误差，且需要分别对双基sar系统进行测试分析，与实际工作状态有差异，对后期成像干涉处理增加了难度。后一种方法进行相位误差测量时考虑了双星在轨实际工作状态，但是线性调频信号未经过完整的双基sar系统收发通路，有线预失真测试方法得到的相位误差包含天线阵面部分，影响相位误差补偿的准确性。
5.因此，有必要提出一种多通道双基sar无线相位预失真方法，能达到双基sar所有通道的收发信号具有良好的预失真效果，有效保证双星干涉的成像分辨率和成像质量，从而实现双基sar干涉图像质量的提升。


技术实现要素：

6.为了解决上述技术问题，本发明提供一种多通道双基sar无线相位预失真方法、装置及电子设备。
7.为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：根据本公开的一些实施例第一方面，提供了一种多通道双基sar无线相位预失真方法，包括：接收主星雷达系统的发射信号并进行时间延迟，将延迟后的发射信号同时反馈到主、辅星雷达系统的多通道收发通路，得到主、辅星的多通道收发信号；对主、辅星的多通道收发信号基于双门限检测法得到主、辅星雷达系统的多通道收发通路的相位误差，对相位误差进行直接采样，针对不同信号相位误差采样点数可调，对通道间的相位误差加权平
均得到适用于主、辅星雷达系统的多通道收发通路的相位预失真补偿参数；基于上述相位预失真补偿参数对主星雷达系统发射信号进行相位误差补偿，得到误差补偿后的主、辅星多通道收发信号；判断相位误差补偿后的主、辅星多通道收发信号是否满足主、辅星雷达系统指标要求，不满足，则继续将相位误差补偿后的主、辅星多通道收发信号对应的相位误差对主星雷达系统发射信号进行迭代补偿，直至满足主、辅星雷达系统指标要求。
8.进一步地，主星雷达系统的发射信号是从主星天线阵面辐射出的线性调频信号，所述主、辅星的多通道收发信号是由信号反馈模块和接收模块实现，使所述主星发射信号同时经历主、辅星雷达系统完整的收发通路。
9.进一步地，时间延迟由具备信号时间延迟功能的延迟设备实现，所述的延迟设备包括模拟延迟设备和数字延迟设备。
10.进一步地，基于双门限检测法得到主、辅星雷达系统多通道收发通路的相位误差，包括：将主、辅星收发信号与理想参考信号的共轭复数相乘得到待测信号，利用所述双门限检测方法确定待测信号的相位误差。
11.进一步地，对相位误差进行直接采样，针对不同信号相位误差采样点数可调，对通道间的相位误差进行加权平均得到适用于主、辅星多通道收发通路的相位预失真补偿参数，包括：利用提取的各个通道间的相位误差进行加权平均，获得适用于双基sar的相位误差系数，满足：bn=b
n_i
*ai，n=1,
…
,128,
…
256,
…
5121=∑
i=1 a
i ，i=1,
…
,k其中，bn表示加权平均后的相位误差系数，b
n_i
表示第i通道提取的相位误差系数，ai表示第i通道的加权值，k表示雷达系统通道数；进一步地，基于相位预失真补偿参数对主星雷达系统发射信号进行相位补偿，得到具有补偿相位的发射信号，包括：利用通道间加权平均后的相位误差系数进行1024点插值后得到补偿相位
ϕ
err_all
(t)，进而得到具有补偿相位的主星发射信号s
m-pret
(t)，该具有补偿相位的主星发射信号满足：s
m-pret
(t)=rect(t∕t
p
)
∗
exp(j
휋
kr(t)
2-j
ϕ
err_all
(t))其中，rect()表示矩形函数，t为采样时间，t
p
为主星发射信号的脉冲宽度，kr为调频斜率，j为虚部符号；进一步地，判断相位误差补偿后的主、辅星多通道收发信号是否满足主、辅星雷达系统指标要求，包括，对误差补偿后的主、辅星多通道收发信号进行基于快速傅里叶变换的脉冲压缩分析，以3db宽度、3db展宽系数、峰值旁瓣比和积分旁瓣比作为评估依据判断是否满足主、辅星雷达系统指标要求；进一步地，将相位误差补偿后的主、辅星多通道收发信号对应的相位误差对主星雷达系统发射信号进行迭代补偿，直至满足主、辅星雷达系统指标要求，包括，将得到的相位误差写入到主星调频信号源，在主星生成线性调频信号时将相位误差添加到理想线性调频信号，得到满足主、辅星雷达系统指标具有补偿相位的发射信号；本发明还提供一种多通道双基sar无线相位预失真装置，包括：
信号反馈模块，用喇叭天线接收主星雷达系统发射的线性调频信号，并通过数字延迟设备将主星发射信号进行时间延迟，将延时后的主星发射信号用喇叭天线发射；接收模块，主、辅星雷达系统用于接收由信号反馈模块发送的经过时间延迟后的线性调频信号，得到主星多通道收发信号和辅星多通道收发信号；确定模块，用于确定所述主星多通道收发信号、所述辅星多通道收发信号的相位误差，并根据所述相位误差确定相位预失真补偿参数；补偿模块，用于根据所述相位预失真补偿参数，对所述主星多通道收发信号和辅星多通道收发信号进行迭代相位补偿，直至满足系统指标要求。
12.本发明还提供一种电子设备，包括：存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明提供的多通道双基sar无线相位预失真方法。
13.本发明的一种多通道双基sar无线相位预失真方法、装置及电子设备，相较于现有技术，具有以下有益效果：（1）本发明通过一发多收的地面测试模式得到主、辅星多通道的相位预失真补偿参数准确高效而且硬件成本低，适应范围广；（2）本发明通过对主、辅星多通道收发信号的相位误差进行直接采样，针对不同信号相位误差采样点数可调，对通道间的相位误差进行加权平均得到适用于主、辅星多通道收发通路的相位预失真补偿参数，可提高双基星载合成孔径雷达系统多通道相位预失真的效果；（3）本发明得到的满足主、辅星雷达系统指标要求的通道间相位误差完全由主星调频源fpga程序控制添加到理想线性调频信号，不需要增加额外的硬件电路资源，整个过程实现简单方便，通用性强；（4）本发明提出的相位误差迭代补偿方法是根据各个通道的预失真前相位误差大小设置相位误差权重系数，如果按照初始权重系数得到的相位误差补偿曲线不能保证各个通道收发信号均满足系统指标要求，则依据预失真后的通道间残余相位误差值调整通道间相位误差的权重系数，继续对主星雷达系统发射信号进行迭代补偿，直至满足双基星载合成孔径雷达系统指标要求，实现双基星载合成孔径雷达系统干涉图像质量的提升。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1为本发明一实施例提供的多通道双基sar无线相位预失真方法的流程示意图；图2为本发明一实施例提供的双基sar的结构示意图；图3为本发明一实施例提供的多通道双基sar无线相位预失真方法的实现流程示意图；图4为本发明一实施例提供的多通道双基sar无线相位预失真装置的结构示意图；
图5为本发明一实施例无线相位预失真装置电子设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
16.为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.在本发明实施例中，接收主星雷达系统的发射信号并进行时间延迟，将时间延迟后的信号同时反馈到主、辅星雷达系统的多路接收通道，得到主、辅星的多通道收发信号；对主、辅星的多通道收发信号进行相位误差提取，对相位误差进行直接采样，针对不同信号相位误差采样点数可调，对通道间的相位误差加权平均得到适用于主、辅星多通道收发通路的相位预失真补偿参数，基于所述的相位预失真补偿参数后对主星的发射信号进行补偿，得到具有补偿相位的主、辅星的多通道收发信号；以及判断相位误差补偿后的主、辅星多通道收发信号是否均满足主、辅星雷达系统指标要求，针对不满足的主、辅星不同通道可以继续做迭代相位补偿，直到满足主、辅星雷达系统指标要求。
18.请参阅图1，图1为本发明实施例提供的多通道双基sar无线相位预失真方法的流程示意图，该方法主要包括以下步骤：步骤102：接收主星雷达系统的发射信号并进行时间延迟，将延迟后的发射信号同时反馈到主、辅星雷达系统的多通道收发通路，得到主、辅星的多通道收发信号。
19.本实施例中，主星雷达系统的发射信号为负调频斜率的线性调频信号，通过信号反馈模块接收主星雷达系统的发射信号，通过数字延迟设备对接收到的线性调频信号进行延迟。其中信号接收和反馈通过喇叭天线实现，数字延迟设备具有数字可调的时间延迟功能，经过延迟后的雷达信号经过信号功分器同时反馈到主、辅星雷达系统的多通道收发通路，得到主、辅星完整的多通道收发信号。
20.步骤104：基于双门限检测法得到主、辅星雷达系统多通道收发通路的相位误差。
21.本实施例中，将主、辅星收发信号与理想参考信号的共轭复数相乘得到待测信号，对待测信号的相位进行解缠得到相位误差曲线，针对相位误差曲线利用双门限检测法找到非零部分，得到脉宽内待测信号的相位误差。
22.步骤106：对相位误差进行直接采样，针对不同信号相位误差采样点数可调，对通道间的相位误差进行加权平均得到适用于主、辅星多通道收发通路的相位预失真补偿参数。
23.本实施例中，利用提取的各个通道间的相位误差进行加权平均，获得适用于双基sar的相位误差系数，满足：bn=b
n_i
*ai，n=1,
…
,128,
…
256,
…
5121=∑
i=1 a
i ，i=1,
…
,k其中，bn表示加权平均后的相位误差系数，b
n_i
表示第i通道提取的相位误差系数，ai表示第i通道的加权值，k表示雷达系统通道数；步骤108：基于相位预失真补偿参数对主星雷达系统的发射信号进行相位误差补偿，得到误差补偿后的主、辅星多通道收发信号。
24.利用通道间加权平均后的相位误差系数进行1024点插值后得到补偿相位
ϕ
err_all
(t)，进而得到具有补偿相位的主星发射信号s
m-pret
(t)，该具有补偿相位的主星发射信号满足：s
m-pret
(t)=rect(t∕t
p
)
∗
exp(j
휋
kr(t)
2-j
ϕ
err_all
(t))其中，rect()表示矩形函数，t为采样时间，t
p
为主星发射信号的脉冲宽度，kr为调频斜率，j为虚部符号；步骤110：判断相位误差补偿后的主、辅星多通道收发信号是否满足主、辅星雷达系统指标要求，不满足，则调整通道间相位误差的权重系数，继续对主星雷达系统的发射信号进行迭代补偿，直至满足主、辅星雷达系统指标要求。
25.本实施例中，首先对相位误差补偿后的主、辅星多通道收发信号进行基于快速傅里叶变换的脉冲压缩分析，以3db宽度、3db展宽系数、峰值旁瓣比和积分旁瓣比作为评估依据判断是否满足主、辅星雷达系统指标要求。
26.其中，通道间的所述相位误差系数是根据各个通道的预失真前相位误差大小设置，如果按照初始相位误差系数得到的相位误差曲线不能保证各个通道收发信号均满足主、辅星雷达系统指标要求，则依据预失真后的通道间残余相位误差值调整通道间相位误差的相位误差系数，继续对主星雷达系统的发射信号进行迭代补偿，直至满足主、辅星雷达系统指标要求。
27.图2为本发明实施例双基sar的组成结构示意图，如图2所示，包括主星20、辅星21和信号反馈设备22；其中，主星20，用于发射雷达信号和接收经过时间延迟后的信号；辅星21，用于接收经过时间延迟后的主星发射雷达信号；信号反馈设备22，用于接收主星发射的雷达信号，功率衰减后经数字延迟设备延迟后通过两个喇叭天线将信号发送给主、辅星。主星20包括：主星gnss（全球导航卫星系统，global navigation satellite system）驯服模块201、主星基准频率源202、主星调频信号源203、主星内定标器204、主星同步收发器205、主星同步天线206、主星接收机207、主星数据形成器208和主星有源相控阵天线209。辅星21包括：辅星gnss驯服模块211、辅星基准频率源212、辅星调频信号源213、辅星内定标器214、辅星同步收发器215、辅星同步天线216、辅星接收机217、辅星数据形成器218和辅星有源相控阵天线219，其中：主星gnss驯服模块201，用于为主星基准频率源202提供时间频率信号；主星基准频率源202，用于以主星gnss驯服模块201提供的频率为基准产生多个工作频率信号以提供给主星调频信号源203；主星调频信号源203，用于为主星内定标器204、主星同步收发器205和主星有源相控阵天线209提供线性调频信号；主星内定标器204，用于将主星20的同步收发器发送的信号进行定标；主星同步收发器205，用于通过主星同步天线206向辅星21发射或接收相位同步信号；主星同步天线206，用于向辅星21发射或接收相位同步信号；主星接收机207，用于向主星数据形成器208发送雷达回波信号和双星相位同步信号；主星数据形成器208，用于将接收到的信号进行数据处理；
主星有源相控阵天线209，用于发射和接收雷达信号；辅星gnss驯服模块211，用于为辅星基准频率源212提供时间频率信号；辅星基准频率源212，用于以辅星gnss驯服模块211提供的频率为基准产生多个工作频率信号以提供给辅星调频信号源213；辅星调频信号源213，用于为辅星内定标器214和辅星同步收发器215提供线性调频信号；辅星内定标器214，用于将辅星21的辅星同步收发器215发送的信号进行定标；辅星同步收发器215，用于通过辅星同步天线216向主星20发射或接收相位同步信号；辅星同步天线216，用于向辅星21发射或者接收相位同步信号；辅星接收机217，用于向辅星数据形成器218发送信号；辅星数据形成器218，用于对接收到的信号进行数据处理；辅星有源相控阵天线219，用于发射和接收雷达信号；信号反馈设备22包括：主星喇叭天线221，用于接收主星雷达发射信号和发射经过延时后的信号；环形器222，用于射频信号接收和发射端口转换；衰减器223，用于将主星雷达发射信号功率衰减，保证数字延迟设备的输入功率大小；数字延迟设备224，用于将主星雷达发射信号进行信号延迟输出；功分器225，用于将延迟后的雷达发射信号同时发送到主星喇叭天线221和辅星喇叭天线226；辅星喇叭天线226，用于向辅星有源相控阵天线219发射经过延时后的信号。
28.主星20、辅星21的喇叭天线使用同一批次相同增益的喇叭天线，这样可以尽量缩小多星的相位误差，进而能够简化相位同步误差提取和补偿的复杂性，提高了无线相位预失真的准确性和可靠性。
29.图3为本发明实施例的多通道双基sar无线相位预失真方法的实现流程示意图，如图3所示，双基sar多通道相位误差补偿可以通过以下步骤实现：s301，提取未做相位预失真补偿的多通道主、辅星收发信号相位误差；s302，对相位误差进行直接采样，针对不同信号相位误差采样点数可调，基于通道间加权平均后的相位误差对主星发射信号进行相位误差补偿；s303，获得主、辅星相位误差补偿后的多通道主、辅星收发信号，进行脉冲压缩；s304，对误差补偿后的主、辅星多通道收发信号进行基于快速傅里叶变换的脉冲压缩分析，以3db宽度、3db展宽系数、峰值旁瓣比和积分旁瓣比作为评估依据判断是否满足主、辅星雷达系统指标要求，如果满足，则结束，若不满足，进行s305；s305，对相位误差补偿后的多通道主、辅星收发信号，进行相位误差提取迭代，调整各个通道的相位误差系数，回到步骤s302。
30.需要说明的是，对主、辅星通道间的相位误差进行加权平均时，其不同通道间的相位误差系数需要迭代学习确定一组最优组合，以满足双星间多通道收发信号均能满足主、辅星雷达系统指标要求。
31.还需要说明的是，对相位误差预失真补偿后的多通道主、辅星收发信号进行脉冲压缩的算法包括但不限于快速傅里叶变化方法，还可以选择频率分析法和直接相关法等。
32.请参阅图4，图4为本发明实施例提供的多通道双基sar无线相位预失真装置的结构示意图，该装置包括：信号反馈模块401，用喇叭天线接收主星雷达系统发射的线性调频信号，并通过数字延迟设备将主星发射信号进行时间延迟，将延时后的主星发射信号用喇叭天线发射；接收模块402，主、辅星雷达系统用于接收由信号反馈模块发送的经过时间延迟后的线性调频信号，得到主星多通道收发信号和辅星多通道收发信号；确定模块403，用于确定所述主星多通道收发信号、所述辅星多通道收发信号的相位误差，并根据所述相位误差确定相位预失真补偿参数；补偿模块404，用于根据所述相位预失真补偿参数，对所述主星多通道收发信号和辅星多通道收发信号进行迭代相位补偿，直至满足主、辅星雷达系统指标要求。
33.请参见图5，图5示出了基于本发明的一种电子设备的硬件结构示意图。
34.本实施例中所描述的电子设备，包括：存储器51、处理器52及存储在存储器51上并可在处理器52上运行的计算机程序，处理器52执行该计算机程序时实现实施例中描述的多通道双基sar无线相位预失真方法。
35.进一步地，该电子设备还包括：至少一个输入设备53；至少一个输出设备54。
36.上述存储器51、处理器52、输入设备53和输出设备54通过总线55连接。
37.其中，输入设备53具体可为摄像头、触控面板、物理按键或者鼠标等等。输出设备54具体可为显示屏。
38.存储器51可以是高速随机存取记忆体（ram，random access memory）存储器，也可为非不稳定的存储器（non-volatile memory），例如磁盘存储器。存储器51用于存储一组可执行程序代码，处理器52与存储器51耦合。
39.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信链接可以是通过一些接口，模块的间接耦合或通信链接，可以是电性，机械或其它的形式。
40.所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
41.另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
42.需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为
依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本发明所必须的。
43.以上为对本发明所提供的多通道双基星载合成孔径雷达系统无线相位预失真方法、装置、电子设备及存储介质的描述，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。